Министерство образования Российской Федерации

_______________________________________________________

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

_________________________________________________________________

Кафедра теоретических основ материаловедения

С.И.Гринева, В.Н.Коробко

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ СТЕКЛОЭМАЛЕВЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Методические указания

к лабораторной работе

Санкт-Петербург

2004

УДК 620.193:620.197

Гринева С.И., Коробко В.Н. Защита от коррозии стеклоэмалевыми покрытиями: Методические указания. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2004. - 10 с.

Представлена лабораторная работа по нанесению и определению качества эмалевого покрытия. Описан химический состав, достоинства и недостатки неметаллических покрытий на неорганической основе. Изложена технология получения эмалевых покрытий.

Предназначено для студентов 2 курса, изучающих дисциплину «Химическое сопротивление материалов и методы защиты от коррозии», и соответствует рабочей программе.

Табл. 1, библиогр.назв. 3.

Рецензент: С.С.Орданьян, д-р техн.наук, профессор,

зав.кафедрой химической технологии тонкой

технической керамики СПбГТИ(ТУ).

Утверждено на заседании учебно-методической комиссии общеинженерного отделения 25.03.2004

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ)

Введение

Существует много способов борьбы с коррозией металлов, но все они не являются универсальными. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью и экономической целесообразностью. Большое распространение среди методов защиты имеют покрытия. Они могут быть металлическими и неметаллическими.

Неметаллические покрытия на неорганической основе

Группа неметаллических покрытий включает в себя оксидные, фосфатные и стеклоэмалевые покрытия.

Для получения оксидных покрытий применяется метод оксидирования. Для создания оксидных пленок используют кислотный, щелочной или бесщелочной способ оксидирования.

Кислотное оксидирование осуществляют в смеси соляной и азотной кислот с добавлением окалины железа при температуре 35^оС в течение одного часа.

Для щелочного оксидирования готовят раствор, состоящий из едкого натрия, азотнокислого и азотистокислого натрия. Процесс идет при температуре 140^оС в течение 20-60 минут.

Бесщелочное оксидирование проводят в растворе азотнокислого кальция и перекиси марганца при температуре 100^оС в течение 30-40 минут.

К достоинствам метода следует отнести простоту нанесения, а недостатком является пористость окисной пленки, поэтому применяется только для защиты от атмосферной коррозии.

Фосфатные покрытия получают путем фосфатирования, т.е. путем создания на поверхности металлических изделий пленки нерастворимых фосфатов.

Для создания фосфатных покрытий на поверхности железоуглеродистых сплавов используют раствор на основе фосфорнокислого марганца и фосфорнокислого железа, который называется мажеф. Температура этого раствора составляет 90-100^оС, а продолжительность процесса колеблется от одного до двух часов. В результате действия этого раствора на поверхности образуется пленка на основе 2-х и 3-х замещенных фосфатов.

Достоинством фосфатных покрытий является простота нанесения, а недостатком – значительная пористость. Эти покрытия используют для защиты изделий от воздействия атмосферы и воды, а также как грунтовку перед нанесением лакокрасочного покрытия.

Стеклоэмалевые покрытия представляют собой стекла, наплавленные на металл с образованием прочно сцепленного твердого слоя, устойчивого ко многим абразивным и агрессивным средам. Коррозионная активность и высокая прочность сцепления покрытия определяется главным образом химическим составом фритты – исходного материала для стеклоэмалирования.

Фритта представляет собой силикатные стекла сложного состава. Ее получают плавлением при 1100-1450^оС тщательно перемешанных тугоплавких материалов, таких как двуокись кремния, двуокись титана, полевой шпат, каолин и т.д., с флюсами, к которым относятся бура, кремнефтористый натрий, нитраты или карбонаты лития, натрия или калия. Плавление продолжается до образования однородного расплава, хотя в отличие от стекольного расплава в нем допускается содержание некоторого количества воздушных пузырьков. На этой стадии расплав быстро охлаждают путем слива в воду или пропусканием между водоохлаждаемыми стальными вальцами с образованием мелких пластинок или чешуек фритты. Для процесса сухого эмалирования, который обычно применяют для покрытия чугунных ванн, фритту после сушки размалывают в шаровых мельницах для получения частиц заданного размера, применяя в качестве истирающего материала фарфор или кварцит. Для более распространенного «мокрого» эмалирования помол фритты производят с водой.

Метод сухого эмалирования заключается в напылении через сито порошкообразной фритты на предварительно нагретую деталь, которую затем помещают в печь при 900^оС и получают требуемое гладкое эмалевое покрытие с хорошим сцеплением.

При мокром методе эмалирования шликер наносят на очищенную поверхность металла распылением или окунанием и после сушки помещают в печь при 750-850^оС.

Высокие свойства эмали обеспечиваются прочным сцеплением ее с металлической поверхностью. Сцепление формируется в результате проникновения расплавленной эмали в микронеровности металлической поверхности и в результате растворения металла в стекле, т.е. за счет химической связи. Наличие остаточных напряжений в покрытии определяется соотношением коэффициентов теплового расширения эмали и металла, а также температурой размягчения эмали. Поскольку эмаль, как и стекло, имеет большую прочность на сжатие, то ее термическое расширение должно быть несколько меньше, чем у металла.

По назначению эмали подразделяются на грунтовые и покровные. Грунтовые эмали служат для лучшего сцепления с металлической поверхностью и содержат в своем составе окислы никеля или кобальта (0,2-0,3%). Помимо состава шликера на прочность сцепления эмали с металлов оказывает влияние состояние поверхности, состав и структура металла. Эмаль прочно держится на металле, в том случае, если разница у коэффициентов теплового расширения металла и эмали не превышает 50%. Покровные эмали придают покрытию окончательные защитные свойства. Некоторые составы покровных эмалей представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Типичные составы эмалевых фритт, %

Компо-ненты	Эмали для аппаратуры химических установок	Эмали для листового железа		Полупрозрачная эмаль для чугуна
		белая	кислотоустойчивая
Nа2О	15,8	7,0	16,0	17,5
К2О	-	5,0	-	3,0
Li2О	-	1,0	1,0	-
СаО	1,8	-	3,0	-
ВаО	-	-	6,0	-
СаF2	3,4	-	2,0	2,0
Na2SiF6	-	5,5	2,0	-
Al2O3	2,5	2,5	1,0	4,5
В2О3	0,9	15,0	7,0	7,5
SiO2	60,0	46,0	53,0	43,5
TiO2	15,6	18,0	8,0	13,5
СоО	-	-	0,4	-
NiO	-	-	0,6	-
Sb2O5	-	-	-	8,5
Итого:	100,0	100,0	100,0	100,0

Достоинствами эмалевых покрытий являются высокая твердость, износостойкость, абразивостойкость, химическая стойкость к действию кислот и щелочей. К недостаткам этих покрытий следует отнести: во-первых, не выдерживают ударных нагрузок, во-вторых не выдерживают резких перепадов температур.

Металлические изделия имеют на своей поверхности пленку загрязнений приобретенную в процессе изготовления. Для обеспечения хорошей прочности сцепления покрытия с металлом необходимо произвести очистку поверхности от загрязнений. Очистка поверхности может осуществляться механической, химической или термической обработкой.

Механическая обработка позволяет убрать с поверхности окислы или продукты коррозии. Она может состоять из пескоструйной обработки, крацевания, зачистки наждачным полотном или полирования. После механической проводят химическую обработку для удаления органической пленки (масла, жиры, полимерные пленки). Химическая обработка состоит из обезжиривания и травления. Обезжиривание проводят в щелочных растворах с высокими значениями рН, а травление осуществляется в растворах соляной или серной кислот.

При термической обработке поверхность изделия обрабатывают пламенем кислородно-ацетиленовой горелки или выдерживают в муфельной печи. Вследствие разницы в коэффициентах теплового расширения металла и ржавчины, последняя разрыхляется и отслаивается. При этом с удалением окалины происходит и обезжиривание. Но для тонкостенных изделий этой обработкой не пользуются, т.к. под влиянием высоких температур возможна деформация изделий.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. Защита от коррозии стеклоэмалевыми

покрытиями